Transcript εθνικο μετσοβιο πολυτεχνειο δ.π.μ.ς. επιστημη & τεχνολογια

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ
Δ.Π.Μ.Σ. ΕΠΙΣΤΗΜΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ
ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ - ΘΕΜΑ ΕΞΑΜΗΝΟΥ
ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ
ΝΕΡΟΥ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
Μεταπτυχιακοί φοιτητές:
Αλεξίου Γιώργος
Σταμούλη Παρασκευή
ΜΑΙΟΣ 2013
Εισαγωγή
Το νερό και η ενέργεια….
..είναι άρρηκτα συνδεδεμένα μεταξύ τους.
Source: Water, Energy and Climate Change: A Contribution from the Business Community.
World Business Council for Sustainable Development. 2009.
Υδροηλεκτρική Ενέργεια (1/8)
Μεγάλα Υδροηλεκτρικά Έργα
Υδροηλεκτρικά έργα ονομάζονται οι εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής
ενέργειας με την εκμετάλλευση της δυναμικής ενέργειας του νερού (π.χ. ενός
ποταμού, μιας λίμνης κτλ.).
Δεδομένου ότι παράγουν ενέργεια χωρίς να καταναλώνουν φυσικούς πόρους,
θεωρούνται ως τρόποι παραγωγής ενέργειας από ανακυκλώσιμες πηγές.
ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΤΑ
ΜΕΓΑΛΑ
ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ
ΕΡΓΑ ΔΕΝ ΑΝΗΚΟΥΝ
ΣΤΙΣ Α.Π.Ε.
Υδροηλεκτρική Ενέργεια (2/8)
Λειτουργία Υδροηλεκτρικού Σταθμού
Υδροηλεκτρική Ενέργεια (3/8)
Τα Υδροηλεκτρικά Έργα στο Διασυνδεδεμένο Δίκτυο της Ελλάδας
ιδιοκτησίας Δ.Ε.Η. Α.Ε. και το ενεργειακό μίγμα
Υδροηλεκτρική Ενέργεια (4/8)
Τα Μεγαλύτερα Υδροηλεκτρικά Έργα με βάση την Ισχύ (MWp)
Υδροηλεκτρική Ενέργεια (5/8)
Three Gorges Dam
Το μεγαλύτερο υδροηλεκτρικό εργοστάσιο
στον κόσμο είναι το Three Gorges Dam.
Βρίσκεται στον ποταμό Yangtze, στην
επαρχία Yiling της Κίνας. Έχει μήκος
2.335,00 μ. , ύψος 181,00 μ. και πλάτος
115,00 μ. Η κατασκευή του ξεκίνησε στις 14
Δεκέμβριου 1994 και τελείωσε το 2012. Το
κόστος κατασκευής του ανέρχεται στα
180δις Γιουάν (26 δις δολάρια). Έχει 32
τουρμπίνες , η ισχύ των οποίων είναι 22.500
MW. Η ετήσια παραγωγή του είναι 100.000
Gwh.
Υδροηλεκτρική Ενέργεια (6/8)
Μικρά Υδροηλεκτρικά Έργα Μ.Υ.Η.Ε.
Ένα μικρό υδροηλεκτρικό έργο, μπορεί να
συνδέεται με μία ορεινή υδροληψία, χωρίς
ανάντη ταμιευτήρα ή να διαθέτει μικρό
ταμιευτήρα, για περιορισμένη ρύθμιση της
ροής.
99 Μ.Υ.Η.Ε. υλοποιημένα
(218 MWp)
10 % του δυναμικού της
Ελλάδας
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
Με τον όρο Μικρό Υδροηλεκτρικό Έργο, σύμφωνα με την Ελληνική Νομοθεσία,
εννοούμε ένα υδροηλεκτρικό έργο εγκατεστημένης ισχύος μέχρι 15 MWp.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ώριμη και δοκιμασμένη ΑΠΕ
Φθηνή ενέργεια από ΑΠΕ
Μεγάλη ενεργειακή αποδοτικότητα
Σταθεροποιούν το Ηλεκτρικό Σύστημα
Καταλαμβάνουν τον μικρότερο ηλεκτρικό χώρο
στα δίκτυα
Έχουν μεγάλη εγχώρια προστιθέμενη αξία
Υλοποιούνται κατά πλειοψηφία από πολύ μικρές
και μικρομεσαίες επιχειρήσεις, κυρίως της
περιφέρειας
Υλοποιούνται κατά κανόνα στην Ελληνική
Περιφέρεια, συμβάλλοντας στην βιώσιμη
περιφερειακή ανάπτυξη και αποκέντρωση
Είναι επενδύσεις με μεγάλο χρόνο ζωής (>50 έτη)
Η συνεισφορά τους μέσω της κράτησης του 3%
από τα ακαθάριστα έσοδα τους προς τους
κατοίκους των περιοχών εγκατάστασης και τους
οικείους ΟΤΑ είναι σημαντικές
Υδροηλεκτρική Ενέργεια (7/8)
Αποθήκευση Ηλεκτρικής Ενέργειας
Αποσταθεροποιούν
το δίκτυο
ηλεκτρικής
ενέργειας
Ανάγκη για
Αποθήκευση
Ηλεκτρικής
Ενέργειας
Το τρίμηνο Ιανουαρίου – Μαρτίου 2013, η
εγχώρια καθαρή παραγωγή ανήλθε σε 12.279
GWh. Σε αυτήν, τα υδροηλεκτρικά συμμετείχαν
με 2.271 GWh και οι ΑΠΕ με 1.533 GWh. Έτσι
για το διάστημα αυτό το ποσοστό διείσδυσης
της πράσινης ενέργειας έφτασε το 30,91%,
Παράδειγμα
15/03/2013
η ζήτηση κυμάνθηκε τις
μεσημεριανές ώρες μεταξύ
6000MW και 6310MW
1863MW φβ πάρκων
+
341MW φβ σε στέγες
= 2204 MW
Συστήματα
Άντλησης Ταμίευσης
Υδροηλεκτρικά
Κρεμαστά, Καστράκι,
Πολύφυτο, Σφηκιά, Θησαυρός,
Πλατανόβρυση, Πουρνάρι μετά
τις 7 το απόγευμα δουλεύουν
ακατάπαυστα.
τις απογευματινές ώρες μέχρι και
τις 9 το βράδυ, παρατηρείται η
σταδιακή μείωση – απόσυρση της
φωτοβολταϊκής παραγωγής, η
οποία σε συνδυασμό με την έστω
και μικρή αύξηση της κατανάλωσης
(καθώς οι καταναλωτές ανάβουν
τα φώτα) δημιουργεί ένα χάσμα.
Πόσο είναι αυτό;
Περί τα 2500 -2800 MW
διατηρούνται σε
λειτουργία, από τις
θερμικές μονάδες,
ένα μεγάλος
αριθμός πιο
ευέλικτων μονάδων
φυσικού αερίου
Υδροηλεκτρική Ενέργεια (8/8)
Συστήματα Άντλησης – Ταμίευσης (Αναστρέψιμα)
 ΓΛΥΚΟΥ ΝΕΡΟΥ
Ασώματα – Σφηκιά
(108 MWp – 315 MWp)
Πλατανόβρυση – Θησαυρός (116 MWp – 384 MWp)
 ΘΑΛΑΣΣΙΝΟΥ ΝΕΡΟΥ
•Απορροφούν
την
περίσσεια
ενέργειας κατά τις ώρες χαμηλής
ζήτησης μετατρέποντας την σε
υδραυλική και αποθηκεύοντας τη
στον άνω ταμιευτήρα.
•Αποδίδουν στο δίκτυο κατά τις ώρες
αιχμής την ενέργεια που έχουν
αποταμιεύσει ενώ, στις περισσότερες
περιπτώσεις,
παράγουν
και
πρωτογενή
ενέργεια
από
την
αξιοποίηση των φυσικών εισροών
στον άνω ταμιευτήρα.
ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
Okinawa της Ιαπωνίας (30 MWp)
•Τα συστήματα αντλησιοταμίευσης
δεν
είναι
δυνατόν
να
κατασκευασθούν παρά μόνο σε
περιοχές που το επιτρέπει η φυσική
και γεωλογική διαμόρφωση, δηλαδή
σε θέσεις που κατά κανόνα
βρίσκονται
μακριά
από
την
κατανάλωση.
•Τα έργα αυτά έχουν μεγάλο χρόνο
κατασκευής και υψηλό κόστος ανά
εγκατεστημένη μονάδα ισχύος.
Καινοτομίες στον Ελληνικό χώρο (1/2)
Αντλιοστάσιο
το Κέντρο Ελέγχου και
Κατανομής Φορτίου
Αγίου Κηρύκου.
Υβριδικό Ικαρίας
Αιολικό Πάρκο (Α/Π)
στη θέση
Στραβοκουντούρα.
2 δεξαμενές
νερού.
2 μικρούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς
(Μ.Υ.Η.Σ.) στις θέσεις Προεσπέρα και
Κάτω Προεσπέρα.
Καινοτομίες στον Ελληνικό χώρο (2/2)
Πλωτή μονάδα αφαλάτωσης στο νησί Ηρακλειά – Υδριάδα
• Λειτουργεί μονάχα με την ενέργεια την
οποία εξασφαλίζει η ενσωματωμένη
ανεμογεννήτρια
• Δυνατότητα μεταφοράς, με τη βοήθεια
ρυμουλκού, σε οποιοδήποτε νησί
• Χρησιμοποίηση της τεχνολογίας
αντίστροφης ώσμωσης
• Φωτοβολταϊκό σύστημα ως
εναλλακτική πηγή
• Αποδίδει περίπου 70 κυβικά νερό
την ημέρα
• Διαθέτει σύστημα αυτόματου
ελέγχου, μέσω GPRS, για την
παρακολούθηση και τον
τηλεχειρισμό
• Αυτόματος έλεγχος επεκτείνεται
ακόμα και στην ποιότητα του νερού
Παραγωγή ενέργειας από το νερό των ωκεανών (1/5)
Τα νερό των ωκεανών:
 Καλύπτει πάνω από τα δυο τρίτα της επιφάνειας της Γης
 Αποτελεί τεράστια πηγή πρωτογενούς ενέργειας
 Έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα,
η οποία είναι η υψηλότερη μεταξύ των ανανεώσιμων
Πηγή: Μακρόπουλος, 2010
Μορφές θαλάσσιας ενέργειας
Κυματική
Παλιρροιακή
Θερμική
Ενέργεια λόγω διαφορετικής
αλατότητας
Παραγωγή ενέργειας από το νερό των ωκεανών (2/5)
Κυματική Ενέργεια
Παρουσιάζει μεταξύ των ανανεώσιμων την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα.
Η δυνατότητα συνεισφοράς της κυματικής ενέργειας στην παγκόσμια αγορά ηλεκτρικής ενέργειας εκτιμάται πως
ανέρχεται σε 2000 TWh, ή 10% της παγκόσμιας κατανάλωσης.
(Lemonis, G.: “Wave and Tidal Energy Conversion” in Encyclopedia of Energy. Elsevier, 2004)
Για παράδειγμα, σε ημερήσια βάση, η ενέργεια κυματισμού ύψους 1 μέτρου μπορεί -σε μέτωπο πλάτους μόλις ενός
μέτρου- να ξεπεράσει τις 300 kWh. Από την ενέργεια αυτή θα μπορούσε να μετατραπεί σε ηλεκτρισμό τουλάχιστον το
5-10%, δηλ. περίπου 15-30 kWh ημερησίως.
 Τα υψηλότερα επίπεδα κυματικής ενέργειας στον
Πλανήτη μας εμφανίζονται μεταξύ του 30ου και 60ου
παράλληλου και στα δύο ημισφαίρια.
 Στις δυτικοευρωπαϊκές ακτές επικρατεί ιδιαίτερα ισχυρός
κυματισμός με μέση ισχύ της τάξης των 40-70 kW ανά
μέτρο μετώπου κύματος. Το κυματικό δυναμικό της
χώρας μας είναι το υψηλότερο της Μεσογείου, με
μέση ισχύ η οποία σε ορισμένες περιοχές του Αιγαίου
ξεπερνάει τα 15 kW/m.
Παγκόσμιο κυματικό δυναμικό σε kW/m
 Η τεχνικά εκμεταλλεύσιμη ενέργεια από τα κύματα για τα
κράτη της Ε.Ε. υπολογίζεται συνολικά σε 150-230
TWh/έτος, από τα οποία περίπου 5 TWh/έτος
αντιστοιχούν στις ελληνικές θάλασσες.
Παραγωγή ενέργειας από το νερό των ωκεανών (3/5)
Παλιρροιακή Ενέργεια
Βασικά πλεονεκτήματα παλιρροιακών ρευμάτων:
 έχουν περίπου την ίδια περιοδικότητα και συνεπώς οι παλίρροιες
είναι προβλέψιμες
 είναι ισχυρά, και θεωρούνται ιδιαίτερα κατάλληλα για ενεργειακή
αξιοποίηση, επειδή εμφανίζονται σε σχετικά μικρά βάθη.
Η δυνατότητα συνεισφοράς της παλιρροιακής ενέργειας, που είναι
διαθέσιμη σε σχετικά ρηχά νερά, εκτιμάται πως ανέρχεται σε 3800 TWh
ανά έτος.
(Lemonis, G.: “Wave and Tidal Energy Conversion” in Encyclopedia of Energy. Elsevier, 2004)
Στην Ευρώπη, αξιοποιήσιμα παλιρροιακά ρεύματα
εντοπίζονται στα στενά της Μάγχης και στη νότια Ιρλανδία.
Επίσης σημαντικά ρεύματα απαντώνται στην περιοχή της
Μεσσίνας στην Ιταλία, καθώς και στο Αιγαίο Πέλαγος, με
γνωστότερο το ρεύμα του Ευρίπου.
Κατασκευάστηκε τη δεκαετία του 1960
στη γαλλική πόλη La Rance και είναι
συνολικής ισχύος 240 MW,
Παραγωγή ενέργειας από το νερό των ωκεανών (4/5)
Θερμική Ενέργεια
(Ocean Thermal Energy Convesrion (OTEC))
 Βασίζεται στη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ
του θερμότερου, ανώτερου στρώματος του
ωκεανού και του ψυχρότερου κατώτερου.
 Η ποσότητα της ενέργειας που προκύπτει από
την διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ζεστού και
κρύου θαλασσινού νερού μπορεί να είναι
σημαντικά μεγαλύτερη από την ενέργεια που
απαιτείται για την άντληση του κρύου
θαλασσινού νερού από τα χαμηλότερα
στρώματα του ωκεανού.
 Ένα τυπικό τετραγωνικό μίλι ενός τέτοιου
συλλέκτη δηλαδή επιφανειακών υδάτων των
ωκεανών, απορροφά κατά μέσο όρο περίπου
500 MW, ή ετησίως περισσότερη ενέργεια από
το ισοδύναμο των 2,6 εκατ. βαρέλια πετρελαίου.
 Ο εκτιμώμενος συνολικός πόρος αντιστοιχεί σε
10.000 TWh / y.
Τυπική κατασκευή OTEC
Πηγή: European Ocean Energy Association
Παραγωγή ενέργειας από το νερό των ωκεανών (5/5)
Ενέργεια λόγω διαφοράς αλατότητας
(Salinity Gradient)
 Συνδέεται με την βαθμωτή μεταβολή της
αλατότητας όταν γλυκό νερό αναμιγνύεται με
θαλασσινό νερό.
 Το
δυναμικό
ενέργειας
είναι
μεγάλο,
3
αντιστοιχώντας σε 2,6 MW m /sec γλυκού
νερού όταν αναμιγνύεται με θαλασσινό νερό.
 Το εκμεταλλεύσιμο δυναμικό σε παγκόσμιο
επίπεδο υπολογίζεται ότι είναι 2000TWh / y.
Τυπική μονάδα ‘’αλατότητας’’
Πηγή: European Ocean Energy Association
Λιγνιτικές Μονάδες
Η χρήση των ατμοηλεκτρικών σταθμών γίνεται προκειμένου η
χημική ενέργεια του λιγνίτη να μετατραπεί σε ηλεκτρική.
Κατανάλωση νερού:
2.5lt ψυκτικού
νερού
Καύση 1,85 Kg λιγνίτη
Παραγωγή 1KWh
Βιοκαύσιμα
Τα βιοκαύσιμα πρώτης γενιάς καταναλώνουν
20 φορές περισσότερο νερό
για κάθε μίλι ταξιδιού σε σύγκριση με τη βενζίνη.
Κατανάλωση νερού:
Κατά
την
άρδευση
(Πολλές από τις καλλιέργειες που
χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βιοκαυσίμων, όπως το
ζαχαροκάλαμο, ο ελαιοφοίνικας και ο αραβόσιτος έχουν σχετικά
μεγαλύτερες απαιτήσεις σε νερό σε σχέση με τις αντίστοιχες
καλλιέργειες που προορίζονται για την παραγωγή τροφίμων).
Τα βιοκαύσιμα χρησιμοποιούν αυτή την περίοδο περίπου 100 km3 (ή
1%) όλου του νερού που χρησιμοποιείται παγκοσμίως από τις
καλλιεργούμενες εκτάσεις και περίπου 44 km3 (ή 2%) του νερού που
χρησιμοποιείται για αρδευτικούς λόγους (de Fraiture, Giordano and
Yongsong, 2007).
Κατά την επεξεργασία (για τις εγκαταστάσεις πλύσης των φυτών
και των σπόρων και για τις εγκαταστάσεις ψύξεως)
Αφαλάτωση (1/3)
Η ενέργεια αφορά περίπου στο 25 – 40 %
του συνολικού κόστους παραγωγής
φρέσκου νερού.
Σχηματική περιγραφή της διαδικασίας αφαλάτωσης. Πηγή: Clayton (2007).
Κόστος μονάδας ενέργειας
Χρησιμοποιούμενη μέθοδο
Αλλαγής φάσης
(Phase-change processes)






Άμεση απόσταξη πολλαπλών βαθμίδων (MSF)
Απόσταξη πολλαπλής επίδρασης (ΜΕ)
Απόσταξη με συμπίεση ατμών (VC)
Ηλιακή απόσταξη (Solar Distillation)
Πάγωμα
Ύγρανση/Αφύγρανση
Διεργασίες Μεμβρανών
(Membrane based desalination technologies)
 Αντίστροφη Ώσμωση (RO)
 Ηλεκτροδιάλυση(ED)
 Νανόφιλτρα (NF)
Αφαλάτωση (2/3)
Θερμική
Ενεργειακές απαιτήσεις…
Πηγές Ενέργειας
Ηλεκτρική
Μηχανική
Μέθοδος
Θερμική ενέργεια
Μηχανική ενέργεια
(kWh/m3)
Πρωταρχική θερμική
ενέργεια (kJ/kg) a
Αφαλάτωσης
(kJ/kg)
MSF
294
2.5–4 (3.7) b
338.4
MEB
123
2.2
149.4
VC
–
8–16 (16)
192
RO
–
5–13 (10)
120
ER-RO
–
4–6 (5)
60
ED
–
12
144
Solar still
2330
0.3
2333.6
a : Ο βαθμός απόδοσης παραγωγής ηλεκτρισμού ισούται με 30%
b : Η τιμή στην παρένθεση χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της Συνολικής ενέργειας
Πηγή: Καλογήρου,2005
Μείωση της περιεκτικότητας σε άλας του προς
αφαλάτωση διαλύματος  Μείωση της ενεργειακής
κατανάλωσης του συστήματος αφαλάτωσης
Συγκεκριμένα, για την αφαλάτωση θαλασσινού νερού,
η μέση κατανάλωση ενέργειας είναι 15.28 kWh/m3 ενώ
για αφαλάτωση υφάλμυρου νερού οι αντίστοιχες τιμές
είναι 1.95 kWh/m3 (Ζώταλης, 2012).
Αφαλάτωση (3/3)
Παγκόσμια δυναμικότητα αφαλάτωσης
Κατά το έτος 2012, υπολογίστηκε ότι λειτουργούν
συνολικά στον κόσμο 16000 μονάδες
αφαλάτωσης. Από αυτές 60% χρησιμοποιεί την
τεχνολογία της Αντίστροφης Ώσμωσης (40·106
m3/d), το 34% χρησιμοποιεί Θερμικές διεργασίες
αφαλάτωσης (23·106 m3/d) ενώ σε ένα ποσοστό
4% και 2% χρησιμοποιείται η τεχνολογία της
Ηλεκτροδιάλυσης και οι λοιπές διεργασίες
αφαλάτωσης, αντίστοιχα (Voutchkov, 2012).
Παγκόσμια παραγωγή των μονάδων αφαλάτωσης ανά περιοχή του πλανήτη
(στοιχεία του 2010) Πηγή:Clayton 2011
Συμπεράσματα
 Το νερό και η ενέργεια είναι στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους.
 Με την εξοικονόμηση νερού εξοικονομείται ενέργεια και με την
εξοικονόμηση ενέργειας εξοικονομείται νερό.
 Η υλοποίηση περισσότερο αποδοτικών συσκευών και τεχνολογιών θα
εξασφαλίσει περισσότερο νερό και ενέργεια.
 Ο σχεδιασμός και η πολιτική που εφαρμόζεται για καθέναν από τους
δυο τομείς πρέπει να είναι ολιστικός λαμβάνοντας υπόψη τις επιδράσεις
του ενός στον άλλο.
 Δεν προτείνεται μονοδιάστατη λύση (π.χ. συνδυασμός υβριδικών Υ.Ε.
και Α.Π.Ε.) αλλά απαιτείται μακροπρόθεσμο Σχέδιο Δράσης
Αντίθετα έκτακτη εισφορά στις Α.Π.Ε., απορρίψεις αιτήσεων Μ.Υ.Η.Ε.
οδηγούν στην κατάρρευση του Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας
(διόγκωση ελλείμματος Λ.Α.Γ.Η.Ε.) και επενδυτική ανασφάλεια.
Συζήτηση…
http://spectrum.ieee.org/static/watermap#
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=k5Tjy_90WBU
Σας ευχαριστούμε για την
προσοχή σας !